石墨烯的发现打开了探索二维材料的大门。石墨烯与石墨相比,具有许多优良性能,它的这些优良性能很大程度上是依赖于它的二维结构。因此,二维材料的结构决定了二维材料的部分性质。例如二维材料中,电子被束缚在一个二维平面内,运动速度非常高,所以就有高电子迁移率[2]。并且由于是二维材料,比表面积也非常大。因此,了解二维材料的结构对理解二维材料的性质有很大帮助。二维材料的结构通俗的来说是单层结构。所以二维材料的电子被限制在这个二维空间中。因此电子在运动中受到的阻碍更少,电子的运动速度就会非常高。但是,需要注意的是,二维材料并不一定都是单原子层的结构,由几个原子层的组成结构仍然可以称为二维材料。这些由几层原子构成的二维材料的结构是:每一层中层内原子都以共价键相互组合在一起,相邻两个层之间通过范德华力连接。但电子仍然被限制在二维平面内运动,即只允许在层内运动,而不允许在层间运动[3]。
自从石墨烯发现以来,科学家对二维材料进行了大量的探索。目前已经发现的二维材料,除了石墨烯,还有过渡金属硫化物(例如MoS2),黑磷等。但这些发现仍然只是刚开始而已,研究人员预测还有约500种二维材料等待被探索。
伴随着二维材料的研究热潮,这些二维材料的量子点也开始逐步进入科学家视野,并且对这些二维材料的量子点进行了制备和研究。由于二维材料与其块体材料的性质有很大不同,科学家也期待这些材料的量子点能够有更好的性能。
1.2 量子点
量子点也称半导体纳米晶体,与二维材料相比,尺寸更少,粒径一般在1-10nm。仅由少量的原子所组成。从组成量子点的原子数目中,我们就可以知道量子点的三个维度的尺寸都是纳米数量级[4],因此,我们就可以知道量子点是准零维的纳米材料。和二维材料类似,由于结构的限制,不仅量子点的导带电子的运动会被限制。而且量子点的价带空穴以及激子也会被限制。也正是由于量子点的这个特殊结构,所以量子点具有特别的物理效应。
1.2.1量子尺寸效应
量子尺寸效应就是指:减小量子点的尺寸,小到一个临界点,量子点的光吸收谱就会出现蓝移现象。并且蓝移现象会随着量子尺寸的减小而越显著。由于吸收光谱与材料的能隙宽度有关,所以在制备量子点时,如果需要某种特定的能隙宽度的量子点,就可以可以通过控制量子点的尺寸来实现。
1.2.2表面效应
表面效应是指:表面原子的活性会随着量子点的尺寸减少而逐渐增大。当量子点尺寸很小时,表面原子的活性就会非常高。这一点我们可以很容易的通过一些简单的分析来得到。我们首先要提到一个我们以前所学的一个概念—比表面积。我们都知道比表面积越大,表面相的原子就越多。同时,这也就意味着,表面活性原子数目增多。因为表面原子肯定是存在不饱和键的,由于具有不饱和键,这些原子就是具有活性的。再回到问题的本质,我们都知道量子点是纳米结构。因此,量子点肯定是具有很大的表面积。这样,就可以显而易见的得到量子点具有表面效应。而且,也可以知道,表面效应并不是量子点所特有的性质。只要具有纳米结构的,都会有这个效应。
1.2.3量子隧道效应
量子隧道效应是指:假设在某一势垒一边有一个运动的粒子,当这个粒子的动能小于势垒高度时,粒子是有可能到达势垒另一边的。按照经典理论这是不可能发生的,但量子力学却能证明这种现象是有可能出现的。并且,1957年,日本的江崎玲于奈在进行高频晶体管实验的过程中,就发现了这个遂穿现象。随着尺寸的减小,隧道效应发生的几率就越大。 液相剥离法制备锑烯量子点(2):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_205041.html